Redis五大基本数据类型

最新推荐文章于 2025-11-25 14:14:53 发布

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#redis #数据库 #缓存 #java

Redis作为高性能的键值存储系统，其核心价值在于丰富的数据结构。本文将深入剖析Redis的五种基本数据类型，揭示其内部实现原理，并提供实际应用场景和最佳实践。

一、字符串（String）：Redis的基石

底层实现

Redis字符串使用简单动态字符串（SDS） 结构：

struct sdshdr {
    int len;      // 已使用长度
    int free;     // 未使用空间
    char buf[];   // 字节数组
};

优势特性：

O(1)时间复杂度获取长度
自动扩容机制（小于1MB时加倍，大于1MB时每次加1MB）
二进制安全（可存储任意格式数据）

核心命令详解

命令	时间复杂度	使用示例	说明
SET	O(1)	`SET user:1001 "Alice"`	设置键值
GET	O(1)	`GET user:1001`	获取值
INCR	O(1)	`INCR article:2001:views`	原子递增
SETEX	O(1)	`SETEX session:xyz 3600 "data"`	设置带过期时间的值
MSET	O(N)	`MSET key1 "v1" key2 "v2"`	批量设置
GETRANGE	O(N)	`GETRANGE text 0 4`	获取子串

二、哈希（Hash）：对象存储利器

底层实现

Redis哈希使用两种编码方式：

ziplist（元素数量<512且值<64字节）
hashtable（其他情况）

// ziplist结构示例
[ zlbytes | zltail | zllen | "name" | "Alice" | "age" | "30" | zlend ]

核心命令详解

命令	时间复杂度	示例	说明
HSET	O(1)	`HSET user:1001 name "Alice"`	设置字段
HGET	O(1)	`HGET user:1001 name`	获取字段
HGETALL	O(N)	`HGETALL user:1001`	获取所有字段
HDEL	O(1)	`HDEL user:1001 email`	删除字段
HINCRBY	O(1)	`HINCRBY user:1001 age 1`	数值增加
HSCAN	O(1)	`HSCAN user:1001 0`	渐进式遍历

实战应用

用户档案存储

HSET user:1001 name "Alice" email "alice@example.com" age 30

商品购物车

HINCRBY cart:1001 item:5001 2  # 添加2件商品5001
HGETALL cart:1001

三、列表（List）：消息队列核心

底层实现

Redis列表使用快速列表（quicklist）：

struct quicklist {
    quicklistNode *head;
    quicklistNode *tail;
    unsigned long count; // 元素总数
    // ...
};

struct quicklistNode {
    quicklistNode *prev;
    quicklistNode *next;
    unsigned char *zl;   // 指向ziplist
    // ...
};

核心命令详解

命令	时间复杂度	示例	说明
LPUSH	O(1)	`LPUSH news:latest 1001`	左端插入
RPOP	O(1)	`RPOP task:queue`	右端弹出
LINDEX	O(N)	`LINDEX news:latest 0`	获取元素
LRANGE	O(S+N)	`LRANGE chat:1001 0 9`	范围获取
BLPOP	O(1)	`BLPOP order:queue 30`	阻塞弹出
LTRIM	O(N)	`LTRIM chat:1001 0 99`	保留指定范围

应用场景

消息队列系统

# 生产者
LPUSH order:queue "{\"id\":1001,\"amount\":99.9}"

# 消费者
BRPOP order:queue 30

四、集合（Set）：无序唯一集合

底层实现

Redis集合使用两种编码：

intset（元素均为整数且数量<512）
hashtable（其他情况）

struct intset {
    uint32_t encoding; // 编码方式（INTSET_ENC_INT16等）
    uint32_t length;   // 元素数量
    int8_t contents[]; // 元素数组
};

核心命令详解

命令	时间复杂度	示例	说明
SADD	O(1)	`SADD tags:2001 "tech"`	添加元素
SISMEMBER	O(1)	`SISMEMBER tags:2001 "news"`	检查存在
SMEMBERS	O(N)	`SMEMBERS user:1001:followers`	获取所有成员
SINTER	O(N*M)	`SINTER group:1 group:2`	交集
SUNION	O(N)	`SUNION group:1 group:2`	并集
SSCAN	O(1)	`SSCAN user:1001:followers 0`	渐进式遍历

五、有序集合（Sorted Set）：排行榜核心

底层实现

Redis有序集合使用两种结构：

ziplist（元素数量<128且值<64字节）
跳跃表+字典（其他情况）

struct zskiplistNode {
    sds ele;                 // 成员
    double score;            // 分值
    struct zskiplistNode *backward; // 后退指针
    struct zskiplistLevel {
        struct zskiplistNode *forward; // 前进指针
        unsigned long span; // 跨度
    } level[];
};

struct zset {
    dict *dict;              // 字典：成员->分值
    zskiplist *zsl;          // 跳跃表
};

核心命令详解

命令	时间复杂度	示例	说明
ZADD	O(logN)	`ZADD leaderboard 100 "Alice"`	添加成员
ZRANGE	O(logN+M)	`ZRANGE leaderboard 0 2 WITHSCORES`	范围查询
ZREVRANK	O(logN)	`ZREVRANK leaderboard "Alice"`	获取排名
ZSCORE	O(1)	`ZSCORE leaderboard "Alice"`	获取分数
ZUNIONSTORE	O(NK)+O(MlogM)	`ZUNIONSTORE out 2 set1 set2 WEIGHTS 2 3`	有序集合并
ZRANGEBYSCORE	O(logN+M)	`ZRANGEBYSCORE salary 3000 5000`	按分数范围查询